Przełomowa metoda detekcji trazodonu – nowe możliwości diagnostyczne

Nowatorskie podejście do detekcji trazodonu?

W badaniu naukowcy opracowali nowatorską metodę woltametryczną służącą do oznaczania trazodonu (TRZ), wykorzystując elektrodę z węgla szklistego modyfikowaną nanokompozytami. Badanie miało charakter analityczny z zastosowaniem zaawansowanych technik elektrochemicznych, mających na celu opracowanie czułej i selektywnej metody detekcji trazodonu w różnych matrycach biologicznych.

Populację badaną stanowiły próbki trazodonu w różnych stężeniach oraz próbki rzeczywiste zawierające trazodon, w tym preparaty farmaceutyczne, mocz, osocze krwi, woda rzeczna oraz sztuczne soki trawienne. Badanie koncentrowało się na ocenie właściwości analitycznych opracowanej metody oraz jej zastosowaniu do oznaczania trazodonu w warunkach laboratoryjnych i klinicznych.

Jak działa trazodon w terapii przeciwdepresyjnej?

Trazodon, chemicznie znany jako 2-[3-[4-(m-chlorofenylo)-1-piperazynylo]-propylo]-1,2,4-triazolo-[4,3,a]pirydyno-33(2H)-on chlorowodorek, jest lekiem przeciwdepresyjnym działającym jako inhibitor wychwytu zwrotnego serotoniny, blokujący transport serotoniny z przestrzeni międzykomórkowej z powrotem do neuronu presynaptycznego. Dodatkowo działa jako antagonista receptorów serotoninowych 5-HT₂. W efekcie cząsteczki trazodonu zwiększają poziom serotoniny w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN), co jest istotne w leczeniu zaburzeń depresyjnych. Trazodon łagodzi opóźnienie psychomotoryczne, poprawia nastrój, wykazuje działanie przeciwlękowe i przywraca fizjologiczne wzorce snu. Co ważne, nie wykazuje pozapiramidowych działań niepożądanych (nie wywołuje mimowolnych, nieskoordynowanych ruchów) i nie wzmacnia neurotransmisji adrenergicznej. Trazodon jest metabolizowany głównie w wątrobie przez izoformę CYP3A4 cytochromu P450, a najczęstsze działania niepożądane obejmują nudności, bezsenność, pobudzenie, suchość w ustach, zaparcia, ból głowy, niedociśnienie, niewyraźne widzenie i dezorientację.

Jak nanokompozyty wpływają na funkcjonalność elektrody?

Naukowcy opracowali elektrodę z węgla szklistego modyfikowaną kompozytem składającym się z nanoramek platynowo-niklowych domieszkowanych tlenkiem cyny (PtNiSnO₂) oraz węgla czarnego (CB). Badania mikroskopowe (SEM i TEM) wykazały ziarnistą mikrostrukturę węgla czarnego ze średnią wielkością ziaren około 30 nm oraz obecność nanoramek PtNiSnO₂ na powierzchni węgla czarnego. Nanostruktury wykazywały regularny kształt pustych wielościanów PtNi/SnO₂ z wyraźnie zdefiniowanymi krawędziami, zapewniając zwiększoną powierzchnię i dobrze eksponowane elektrokatalitycznie aktywne miejsca. Analiza EDX potwierdziła obecność węgla (46,5%), platyny (43,7%), niklu (5,9%), cyny (2,5%) i tlenu (1,3%). Modyfikacja elektrody znacząco poprawiła jej właściwości elektrochemiczne, zwiększając powierzchnię aktywną elektrochemicznie prawie trzykrotnie w porównaniu do niemodyfikowanej elektrody, co przełożyło się na lepszą czułość i niższe granice wykrywalności.

Wyniki badań wykazały, że opracowana elektroda PtNiSnO₂-CB/GC charakteryzowała się znacznie wyższym prądem piku dla trazodonu (2,76 μA) w porównaniu do elektrody niemodyfikowanej (0,43 μA) i elektrody modyfikowanej jedynie węglem czarnym (0,95 μA). Obserwowano również przesunięcie potencjału piku w kierunku niższych wartości, co wskazuje na właściwości elektrokatalityczne nanokompozytu. Pomimo wyższej oporności transferu ładunku (Rct) dla elektrod modyfikowanych w porównaniu do gołej elektrody GC, wprowadzenie nanoramek PtNiSnO₂ częściowo przywracało właściwości transferu elektronów, które były ograniczone przez warstwę węgla czarnego. Spektroskopia impedancji elektrochemicznej (EIS) potwierdziła, że modyfikacja PtNiSnO₂-CB znacząco poprawiła ogólną wydajność elektrochemiczną poprzez zwiększenie transportu masy i umożliwienie efektywnego transferu ładunku przez porowatą warstwę czujnika.

Optymalizacja warunków pomiarowych obejmowała dobór odpowiedniego pH elektrolitu podstawowego (optymalne pH 5,0), parametrów metody różnicowej woltametrii pulsowej (DPV) oraz czasu prekoncentracji. Badano również mechanizm utleniania TRZ na elektrodzie modyfikowanej. Stwierdzono, że proces utleniania TRZ przebiega zgodnie z mechanizmem kontrolowanym przez adsorpcję i ma charakter nieodwracalny. Analiza zależności potencjału piku od pH wykazała, że utlenianie TRZ obejmuje równą liczbę protonów i elektronów (około 2), a proces ten zachodzi głównie na fragmencie piperazyny cząsteczki TRZ.

Jakie są analityczne możliwości nowej metody?

W optymalnych warunkach uzyskano liniową odpowiedź dla stężeń trazodonu w zakresie 0,02-0,2 μM, 0,2-2 μM oraz 1-10 μM, z granicą wykrywalności (LOD) wynoszącą 4,1 nM przy czasie prekoncentracji 60 s. Metoda wykazała dobrą powtarzalność z względnym odchyleniem standardowym (RSD) poniżej 4,3%. Dodatkowo, elektroda wykazała długoterminową stabilność operacyjną, utrzymując stałą wydajność przez 300 kolejnych pomiarów i pozostając skuteczną przez co najmniej dwa miesiące przechowywania.

Przeprowadzono również szczegółowe badania interferencji, oceniając wpływ różnych substancji organicznych i nieorganicznych na sygnał TRZ. Większość badanych substancji, w tym jony metali, aniony nieorganiczne oraz związki organiczne typowo występujące w próbkach biologicznych i farmaceutycznych, nie wykazała znaczącego wpływu na sygnał TRZ. Jedynie obecność acetaminofenu spowodowała 25% wzrost prądu piku, co świadczy o wysokiej selektywności opracowanej metody.

Opracowany czujnik został z powodzeniem zastosowany do oznaczania trazodonu w próbkach farmaceutycznych, moczu, osoczu oraz próbkach wody rzecznej, uzyskując wysokie wartości odzysku w zakresie 97,7-104,2%. Dodatkowo przeprowadzono badania ekstrakcji trazodonu do sztucznych soków trawiennych, co pozwoliło na ocenę uwalniania leku w symulowanych warunkach fizjologicznych. Najwyższą efektywność ekstrakcji trazodonu w symulowanych płynach trawiennych zaobserwowano po 60 minutach uwalniania leku do sztucznego soku żołądkowego, co jest charakterystyczne dla systemów kontrolowanego uwalniania opartych na matrycy. Badany preparat Trittico CR wykorzystuje hydrofilową matrycę polimerową, która ulega stopniowemu uwodnieniu i pęcznieniu w środowisku żołądkowym. W literaturze opisano dwufazowe uwalnianie leku z tabletek na bazie HPMC (hydroksypropylometylocelulozy), gdzie początkowe pęcznienie i ograniczona erozja w kwaśnych mediach są następnie zastąpione przyspieszoną fazą uwalniania w warunkach jelitowych.

Czy innowacyjny czujnik sprawdza się w praktyce klinicznej?

Sensor został również zintegrowany z systemem przepływowej analizy wstrzykowej (FIA) z detekcją amperometryczną. W warunkach przepływowych sygnał dla trazodonu rejestrowany za pomocą modyfikowanej elektrody węglowej był około 2,5 razy wyższy niż w przypadku elektrody niemodyfikowanej, co wskazuje na przydatność proponowanej modyfikacji dla dynamicznych systemów pomiarowych. Podejście to oferuje również znaczne korzyści w zakresie skrócenia czasu analizy i kosztów operacyjnych.

Podsumowując, opracowana platforma woltametryczna oparta na elektrodzie z węgla szklistego modyfikowanej nanocząstkami PtNiSnO₂-CB wykazuje doskonałe właściwości analityczne i wszechstronność. Jej skuteczne zastosowanie do analizy próbek farmaceutycznych, biologicznych, środowiskowych oraz symulowanych matryc trawiennych podkreśla jej duży potencjał do rutynowej analizy cząsteczek trazodonu zarówno w warunkach stacjonarnych, jak i przepływowych. Metoda ta może znaleźć zastosowanie w monitorowaniu terapii przeciwdepresyjnej, pozwalając na indywidualizację leczenia oraz zapewniając lepszą kontrolę dawkowania leku.

Podsumowanie

Opracowana metoda woltametryczna wykorzystująca elektrodę z węgla szklistego modyfikowaną nanokompozytami PtNiSnO2-CB stanowi znaczący postęp w detekcji trazodonu. Modyfikacja elektrody zwiększyła jej powierzchnię aktywną trzykrotnie w porównaniu do niemodyfikowanej elektrody, co przełożyło się na wyższą czułość z granicą wykrywalności 4,1 nM. Metoda wykazuje wysoką selektywność i stabilność operacyjną, zachowując skuteczność przez 300 kolejnych pomiarów. Skutecznie wykrywa trazodon w próbkach farmaceutycznych, moczu, osoczu i wodzie rzecznej, z odzyskiem w zakresie 97,7-104,2%. Zastosowanie w systemie przepływowej analizy wstrzykowej dodatkowo zwiększa jej praktyczność w rutynowych badaniach klinicznych. Opracowana platforma analityczna może znaleźć zastosowanie w monitorowaniu terapii przeciwdepresyjnej i kontroli dawkowania leku.